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「M5Stackの拡張基板をつくったよ!」
2018/11/24
@tomorrow56
Masawo Yamazaki
IoTつくるよ! IoT Conference & Exhibition 2018
自己紹介
Masawo Yamazaki (@tomorrow56)
- ハードウエアエンジニア(電子回路設計)
- 某電器メーカーでモニターやテレビ設計を担当
- 現在は、本業のかたわら同人ハードを設計・販売
Facebook: Masawo Yamazaki Twitter: @tomorrow56
こんなボードを作っています
↑
Uno shaped ESP32 breakout board
https://www.switch-
science.com/catalog/3456/
↑
IR & Servo shield for Arduino Pro Mini USB Host Shield for Arduino Pro Mini
Web: https://thousandiy.wordpress.com/
Facebook: https://www.facebook.com/thousandiy/
唐突ですが
M5Stackを知ってますか?
M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを搭載
⚫ スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
⚫ 内蔵スピーカー: 1W
⚫ 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
⚫ 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
⚫ インターフェイス:
➢I2C(GROVE) x 1
➢microSDスロット x 1
➢M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)
M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを搭載
⚫ スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
⚫ 内蔵スピーカー: 1W
⚫ 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
⚫ 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
⚫ インターフェイス:
➢I2C(GROVE) x 1
➢microSDスロット x 1
➢M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)
ざっくりいうと
ArduinoIDEで開発できて、WifiとBLEが使える
「カスタムできるガジェット」
しかも新製品がなんかすごい勢いで増殖中
CEOのJimmyさん
沼です
本日は拡張ボードの話
このへんの話
実は以前Pro Mini用のUSB Host Shield
を設計して売ってました
これ →
あれ?なんかちょうどいいサイズ…
という事で気がついたら
M5Stack用のUSB Host Shield
を作ってました
という事で気がついたら
M5Stack用のUSB Host Shield
を作ってました
さらに沼です
やさしい拡張基板の作り方
まずオフィシャルサイトから回路図を入手
http://www.m5stack.com/
内部のデバイスで使用しているポートを確認
ESP32 IO No. Strapping(default) M5Stack_Internal M5Stack_IO USB_Host_Shield L293D PCA9685 direction Note
0 〇(PU) Mode IIS_MCLK 12EN I/O GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
1 TXD0 TXD1 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
2 〇(PD) G2 3A I/O GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0
3 RXD0 RXD1 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
4 SD_SPI_CS I/O GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
5 〇(PU) G5 SS I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
6 I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
7 I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
8 I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
9 I/O GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
10 I/O GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
11 I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
12 〇(PD) IIS_SCK 1A I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
13 IIS_WS 2A I/O GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
14 LCD_CS I/O GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
15 〇(PU) IIS_OUT 34EN I/O GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
16 RXD2 4A I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
17 TXD2 INT I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
18 LCD_SCK/SD_SPI_CLK SCK SCK I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
19 SD_SPI_SDDO MISO MISO I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0
20
21 MPU9250_SDA/GROVE_SDASDA SDA I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
22 MPU9250_SCL/GROVE_SCL SCL SCL I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
23 LCD_MOSI/SD_SPI_SDDI MOSI MOSI I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
24
25 SPEAKER DAC0 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, _RXD0
26 DAC1 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1
27 LCD_R/S I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV
28
29
30
31
32 LCD_BL I/O GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
33 LCD_RST I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
34 IIS_IN I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
35 AD I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
36 AD I GPIO36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
37 BUTTON_C I GPIO37, SENSOR_CAPP (270pF)
38 BUTTON_B I GPIO38, SENSOR_CAPN (270pF)
39 BUTTON_A I GPIO39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3
M5Stackの回路図からリストを作成し
コンフリクトをしないようにピンをアサイン
Pin Default 3.3V 1.8V
MTDI/GPIO12 Pull-down 0 1
Pin Default SPI Flash Boot Download Boot
GPIO0 Pull-up 1 0
GPIO2 Pull-down Don't-care 0
Pin Default U0TXD Toggling U0TXD Silent
MTDO/GPIO15 Pull-up 1 0
Falling-edge Input Falling-edge Input Rising-edge Input Rising-edge Input
Falling-edge Output Rising-edge Output Falling-edge Output Rising-edge Output
MTDO/GPIO15 Pull-up 0 0 1 1
GPIO5 Pull-up 0 1 0 1
Strapping Pins
Timing of SDIO Slave
Pin Default
Firmware can configure register bits to change the setting of "Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)"
and "Timing of SDIO Slave" after booting.
Note:
Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)
Booting Mode
Debugging Log on U0TXD During Booting
KiCadで回路図を作成して
部品を作成して基板レイアウト
M-Busコネクタの3Dデータは
とりあえず流用
外形寸法は現物を実測
(オフィシャルな資料が見つからなかった…)
KiCadの3Dビューはちょっと楽しい
Elecrowに発注し、入手した基板に部品を実装
発送方法で”ANA OCS”($13.66)を
選択すると約1週間で基板が到着
集めた部品をもくもくと実装
USH Host Shield for M5Stack
• USB Host Chip: MAX3421E (MAXIM Integrated)
LiPo Battery Connector
Power SW
USB STD-A connector
The revised board was finished and it was
confirmed that one operation was completed.
USB Host Shield Library : https://github.com/felis/USB_Host_Shield_2.0
スイッチサイエンスで販売してます
https://www.switch-science.com/catalog/3919/
すみません。
追加実装中です。
よければ入荷通知登録を!!
USB経由で色々つなげます
M5Stack_USB_Host_FTDI_Serial_Monitor
https://github.com/tomorrow56/M5Stack_USB_Host_FTDI_Serial_Monitor
ArduinoでFeliCaリーダー & ケータイにURLをプッシュ
http://neocat.hatenablog.com/entry/20101123/1290514516
そして新作を持ってきました
設計ターゲット
• Arduinoでよく使われているデバイスで簡単に使える
• できるだけ安く
• 3種類のシールドを同時にスタック可能
• USB Host Shield (SPI)
• Motor Driver Shield (6pin digital)
• Servo Shield (I2C)
ESP32 IO No. Strapping(default) M5Stack_Internal M5Stack_IO USB_Host_Shield L293D PCA9685 direction Note
0 〇(PU) Mode IIS_MCLK 12EN I/O GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
1 TXD0 TXD1 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
2 〇(PD) G2 3A I/O GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0
3 RXD0 RXD1 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
4 SD_SPI_CS I/O GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
5 〇(PU) G5 SS I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
6 I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
7 I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
8 I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
9 I/O GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
10 I/O GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
11 I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
12 〇(PD) IIS_SCK 1A I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
13 IIS_WS 2A I/O GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
14 LCD_CS I/O GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
15 〇(PU) IIS_OUT 34EN I/O GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
16 RXD2 4A I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
17 TXD2 INT I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
18 LCD_SCK/SD_SPI_CLK SCK SCK I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
19 SD_SPI_SDDO MISO MISO I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0
20
21 MPU9250_SDA/GROVE_SDASDA SDA I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
22 MPU9250_SCL/GROVE_SCL SCL SCL I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
23 LCD_MOSI/SD_SPI_SDDI MOSI MOSI I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
24
25 SPEAKER DAC0 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, _RXD0
26 DAC1 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1
27 LCD_R/S I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV
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32 LCD_BL I/O GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
33 LCD_RST I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
34 IIS_IN I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
35 AD I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
36 AD I GPIO36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
37 BUTTON_C I GPIO37, SENSOR_CAPP (270pF)
38 BUTTON_B I GPIO38, SENSOR_CAPN (270pF)
39 BUTTON_A I GPIO39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3
M5Stackの回路図からリストを作成し
コンフリクトをしないようにピンをアサイン
Pin Default 3.3V 1.8V
MTDI/GPIO12 Pull-down 0 1
Pin Default SPI Flash Boot Download Boot
GPIO0 Pull-up 1 0
GPIO2 Pull-down Don't-care 0
Pin Default U0TXD Toggling U0TXD Silent
MTDO/GPIO15 Pull-up 1 0
Falling-edge Input Falling-edge Input Rising-edge Input Rising-edge Input
Falling-edge Output Rising-edge Output Falling-edge Output Rising-edge Output
MTDO/GPIO15 Pull-up 0 0 1 1
GPIO5 Pull-up 0 1 0 1
Strapping Pins
Timing of SDIO Slave
Pin Default
Firmware can configure register bits to change the setting of "Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)"
and "Timing of SDIO Slave" after booting.
Note:
Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)
Booting Mode
Debugging Log on U0TXD During Booting
We need to use strapping
pin for Enable…
2ch Motor Driver Shield for M5Stack
•H-Bridge Driver: L293D (TI compatible)
Motor Power Select
Internal or External
LiPo Battery
Connector
Power SW
External Battery
connector
Motor connector
2ch Motor Driver Shield for M5Stack
Use Strapping pin
for Enable
Demo: Spider Robot Line Tracer
10ch Servo Shield for M5Stack
•PWM Driver: PCA9685 (NXP compatible)
Motor Power Select
Internal or External
LiPo Battery
Connector
Power SW
External Battery
connector
10 Servo connectors
Adafruit-PWM-Servo-Driver: https://github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Driver-Library
10ch Servo Shield for M5Stack
Demo: Plot Clock corrected with NTP
https://twitter.com/tomorrow56/status/1025086708210008064
PCA9685 Servo Library: https://github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Driver-Library
そして本家と微妙にかぶりました
拡張基板を作ってわかった事
1. 基板の外形寸法とM-BUSコネクタ位置の正式な図面がない
• とりあえず、現物を実測して対応
2. M-BUSコネクタ(低背のSMD ピンヘッダ)が高い
• 純正は高い(オスメス4組セットで1300円)
• M-BUS部にスルーホールを追加すると秋月電子の7.7mm低背ピンヘッダが使える
3. M-BUSコネクタは抜き差しに弱い
• コネクタが配置されている側にドライバ等を入れて外さないと接触不良になる
← この面から外す
Have a good M5Stack life!
Jimmy, thank you for making M5Stack!

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